Nguyên lý và sự phát triển của thiết bị laser CO2
Nguyên lý laser CO2:
Laser CO2 là một loại laser phân tử, chất chính là các phân tử carbon dioxide. Giống như các laser khí khác, nguyên lý làm việc của laser CO2 phức tạp hơn.
Có ba chuyển động khác nhau của các phân tử:
1. Nghĩa là sự chuyển động của các electron trong phân tử, xác định trạng thái năng lượng điện tử của phân tử;
2. Rung động nguyên tử trong phân tử, nghĩa là nguyên tử trong phân tử dao động theo chu kỳ xung quanh vị trí cân bằng của nó - và phụ thuộc vào trạng thái năng lượng rung phân tử;
3. Xoay phân tử, nghĩa là phân tử quay liên tục trong không gian nói chung. Chuyển động này của phân tử xác định trạng thái năng lượng quay của phân tử. Chuyển động phân tử cực kỳ phức tạp, do đó mức năng lượng cũng rất phức tạp.
Trong laser CO2, chất làm việc chính bao gồm CO₂, nitơ và heli. Trong số đó, CO₂ là một loại khí tạo ra bức xạ laser, và nitơ và heli là các khí phụ trợ. Việc bổ sung helium có thể đẩy nhanh quá trình thư giãn nhiệt ở cấp độ 010, có lợi cho việc sơ tán các mức laser 100 và 020. Việc bổ sung nitơ chủ yếu hoạt động như một sự truyền năng lượng trong CO₂ laser, cho
Sự tích tụ của các hạt mức năng lượng trên CO₂ laser và đầu ra laser công suất cao và hiệu quả cao đóng một vai trò mạnh mẽ.
Biểu đồ mức năng lượng của CO₂ chuyển tiếp laser phân tử Điều kiện kích thích của CO₂ laser: Trong ống phóng điện, dòng điện một chiều có hàng chục mA hoặc hàng trăm mA thường được đưa vào. Trong quá trình phóng điện, các phân tử nitơ trong khí hỗn hợp trong ống phóng được kích thích bởi tác động của các điện tử. Tại thời điểm này, các phân tử nitơ bị kích thích va chạm với CO₂ phân tử. Các phân tử N2 chuyển năng lượng của chúng sang các phân tử CO2. CO₂ các phân tử chuyển từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao để hình thành đảo ngược số hạt và phát ra ánh sáng laser.
Đặc điểm phát triển:
Laser CO2 có nhược điểm là khối lượng lớn, cấu trúc phức tạp và bảo trì khó khăn. Kim loại không thể hấp thụ laser với bước sóng 10,6 μm rất tốt, không thể sử dụng sợi quang để truyền laser và gây ra plasma nghiêm trọng gây ra trong quá trình hàn.
Laser CO2 ban đầu được phát triển theo hướng tăng công suất laser, nhưng khi công suất laser đạt được một số yêu cầu nhất định, chất lượng chùm tia laser được coi trọng và sự phát triển của laser đã chuyển sang cải thiện chất lượng chùm tia. Laser CO2 dạng tấm làm mát khuếch tán gần với giới hạn nhiễu xạ có chất lượng chùm tia tốt,thấu kính mở rộng chùm tia laser được sử dụng rộng rãi ngay khi chúng được tung ra, đặc biệt là trong lĩnh vực cắt laser.